基于工业机器人自动生产线设计探究

吴宏辉

摘 要 目前，中国的制造水平还处在工业 2.0 与 3.0 之间，正从采用电力驱动的机械体系向应用电子信息技术来提高生产的自动化水平方向发展。传统的手工操作已经不再适应现代化企业的发展，由于工业机器人的控制系统动态响应快，位置精度高，过载能力强，因此非常适用于机械零件的生产与加工生产线的自动化改造。因此，本文改造设计一套基于工业机器人的智能生产线系统，针对汽车端盖的加工过程进行机器人系统的设计，减少了企业的人工成本，提高了企业生产车间自动化程度和生产效率，并且产品的稳定性也得到了大幅提高。

关键词 自动生产线;工业机器人;控制系统

本文设计的机床上下料机器人，以行走导轨作为辅助轴，同时负责两台数控车床两台数控加工中也的上下料工作。另外，系统中配置了由回转上料机构与取料机构组成的自动上料系统和自动换夹具系统，并在取料台上方安装了视觉系统，将取料位置准确的传递给机器人。当更换加工产品时，机器人只需要做出有限调整就可以很快进行不同产品的加工，具有适用性广、功能性强等特点，可弥补常规的上下料机械手臂无法承担加工产品多样化和快速替换性的缺点，可广泛应用与现代制造工厂。

1工业机器人控制的自动化生产线系统组成

为了能充分发挥生产线最大的生产能力，设计过程中需要对该生产线的生产环境进行考察和分析，从而进行合理的场景规划和设备布局。主要包括机器人的位置、工件所需的空间以及机器人运行的安全范围和安装位置等。本文研究的工业机器人控制的自动化生产线系统由两台数控车床、两台数控加工中心、工业机器人及外部轴行走导轨、回转上料机构、取料机构、下料输送线、中转台、机器人控制系统、外部设备控制系统、视觉系统等构成[1]。

2自动生产线的加工工艺流程

在机器人系统加工之前，已经进行了零件的粗加工和调制热处理，该机器人系统只负责零件的精加工。针对本机器人系统的加工内容，制定出零件加工工序。大致加工过程为：

（1）采用数控车床，用三爪卡盘夹持毛远左端外圆。

（2）掉头，用三爪卡盘夹持毛坯右端?64.97外圆。

（3）采用三爪卡盘装夹?64.97外圆，在数控加工中也上加工各孔。

由于机床卡爪的夹持范围有限，为达到加工目的，一台数控机床只能完成1个步骤的加工。因此，本零件加工需要使用两台数控车床完成步骤1和步骤2的动作，使用一台数控加工中心完成步骤3的动作。最终，设计出工业机器人机床上下料工作站的工作流程。

（1）工作站系统启动机器人、上料机构复位;

（2）上料机构接收PLC信号，将毛坯件取出;

（3）机器人到上料机构处取件，安装到第一台数控车床上;

（4）车削零件右端外形后，发送信号通知机器人取件;

（5）机器人取件后，掉头，安装到第二台数控车床上;

（6）车削零件左端外形后，发送信号通知机器人取件;

（7）机器人取件后，安装到第一台数控铣床上;

（8）零件各孔加工完成后，发送信号通知机器人取件;

（9）机器人取件后，放置到下料输送线上。

工业机器人安装在行走导轨上，摆放在四台数控机床之间，可在机床上下料系统中来回移动，负责取料工作、四台机床的上下料工作及放料工作。回转上料机构与取料机构相互配合，负责毛远件的自动上料。工作时，工业机器人在视觉系统的引导下，准确到达取料机构的取料台上取料，按顺序送往数控机床内进行加工后，将零件放置到下料输送线上[2]。

3机器人手爪设计

为提高生产节拍，本工作站的工业机器人手爪采用双工位设计。机器人进入机床前先将未加工零件夹持在工位1上。进入机床后，使用工位2取下机床卡盘上的工件，旋转180角，将工位1上的工件安装到机床卡盘上。另外，本手爪不是直接安装在机器人上的，而是通过快换接头进行的连接，快换接头内部有多条气体通路，其上方的信号接头提供了多条信号通路，方便手爪上的气路连接和信号传递。

手爪使用三爪气缸进行夹持动作，需要进行相应的气路连接，手爪上的两个王爪气缸及快换接头的气路连接方法完全相同。通过三位五通的电磁阀进行气路的控制后，连接到手爪气缸的进气和出气口上。电磁阀的中位起到了断电保持的作用。手爪和快换接头的电磁阀，需要工业机器人发送相应的信号来进行持制。每个电磁阀与工业机器人输出接口之间都连接了一个中间继电器的线圈。而中間继电器的常开接头连接到了电磁阀的控制电路中。另外，三爪气缸的张开与闭合，也需要对机器人进行信号的反馈[3]。

4机器人I/O信号设计

工业机器人通过示教器进行编程和控制，通过输入接口、输出接口及DeviceNET总线与外部设备进行通信。其中，通过输入接口输入的信号主要包括了：数控车床1的输入信号、数控车床2的输入信号、加工中心1的输入信号、加工中心2的输入信号、机器人手爪的输入信号;通过输出接口输出的信号主要包括了：数控车床1的输出信号、数控车床2的输出信号、加工中心1的输出信号、加工中心2的输出信号、机器人手爪的输出信号;DeviceNET总线的通信信号主要包括工作台各按钮信号和视觉位置检测数据。

为了抓取工件位置准确，需要将视觉系统检测到的X、Y方向偏移量通过PLC传递给工业机器人。该工作站操作台上的各按键信号、取料台上的检测信号、放料台上的检测信号等，也通过总线串行通讯方式传递给机器人。

5结束语

随着企业市场竞争的多元化、人工成本的增加、产品质量要求的提高以及生产更加柔性化，工业机器人在机床上的应用必定成为发展的一大趋向。随着加工效率的不断提升，越来越多的生产制造厂都将自动上下料的方式引入到实际生产中。本文设计的机床上下料机器人能够同时进行4台数控机床上下料的工作，能够与各台数控机床、外部控制器PLC、视觉检测系统进行通讯，大大节约了人力成本，增加了加工精度，提高了生产节拍，并保证不会与其他设备形成干扰，无任何安全隐患。

参考文献

[1] 苏渊博，李霞.基于PLC控制的机器人自动化生产线设计[J].智能机器人，2016（11）：65-68.

[2] 李太胜.基于PLC控制的工业机器人系统的研究与实现[J].中国高新技术企业，2014（15）：26-27.

[3] 胡伟.工业机器人行业应用实训教程[M].北京：化械工业出版化，2015：72.